CC BY
36
УДК 631.223.6:628.8
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕКУПЕРАТОРОВ ТЕПЛОТЫ УТ-6000С, УТ-3000 В СИСТЕМЕ МИКРОКЛИМАТА СЕКЦИИ ОТКОРМА НА 300 ГОЛОВ СВИНОКОМПЛЕКСА "ФИРМА МОРТАДЕЛЬ"
И.Ю. Игнаткин, кандидат технических наук, доцент РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева E-mail: ignatkinivan@gmail.com
Аннотация. В данной статье представлены результаты применения рекуператоров теплоты УТ-6000С, УТ-3000 в системе микроклимата свинарника-откормочника на 300 голов свинокомплекса "Фирма Мортадель". Проведен анализ эффективности системы поддержания микроклимата и применяемых рекуператоров теплоты в части энергетической эффективности системы, определены коэффициенты эффективности утилизации теплоты, расхода природного газа, обеспечения оптимального микроклимата (температуры, относительной влажности, концентрации углекислого газа и аммиака) равномерно по всему помещению, анализ эффективности водоиспарительного охлаждения приточного воздуха в летний период года. По результатам проведенных испытаний, их обобщения и анализа сделаны следующие выводы: установленная система обеспечивает оптимальные параметры микроклимата равномерно по всей площади помещения. В жаркий период года при температуре окружающего 30,4°С и относительной влажности наружного воздуха 31,2% температура приточного воздуха составила 24,9°С при относительной влажности 44,8%, что соответствует снижению температуры приточного воздуха на 6,3°С. Из-за смешивания охлажденного воздуха из рекуператоров с неохлажденным воздухом из общеобменной вентиляции среднее снижение температуры воздуха в помещении составило 3,78°С. В период испытаний системы рекуперации теплоты коэффициент эффективности утилизации теплоты колебался в диапазоне от 0,4 до 0,5. Расчетная годовая экономия газа составила 81,4%. Ключевые слова: вентиляция, свиноводство, рекуперация, охлаждение, теплообмен, микроклимат.
Введение. В период с 14.03.2014 г. по 07.07.2014 г. в секторе откорма №6 на ферме №7 ООО «Фирмы «Мортадель» проводились испытания системы поддержания микроклимата с рекуперацией теплоты (рис. 1).
Рис. 1. Вид системы поддержания микроклимата с рекуперацией теплоты в свинарнике со стороны крыши: 1,2 - рекуператоры УТ-6000С (общеобменной вентиляции); 3 - рекуператор УТ-3000 (для вытяжки воздуха из-под щелевого пространства)
Экспериментальная база. Описываемые испытания проходили в течение периода откорма - 14.03.2014 года на откорм было поставлено 279 голов средним весом 29,0 кг, в секторе откорма расположено 12 станков, животных разместили по 23-24 головы в станке, отгрузка животных происходила 07.07.2014 года. В качестве контрольно-измерительных приборов использовались поверенные приборы: многофункциональный термогигрометр ТеБ1о-635 с возможностью измерения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха; газоанализатор ПГА-200, предназначенный для измерения концентрации углекислого газа и аммиака.
Опытный сектор был оборудован системой рекуперации теплоты, которая включает в себя три рекуператора: один (№3) - для вытяжки воздуха из навозного канала, два (№№ 1,2) - общеобменной вентиляции, а также систему автоматизации с регулированием
параметров микроклимата по показаниям датчиков температуры и относительной влажности. Система летней вентиляции осталась неизменной (принцип ее работы описан ниже), лишь с той особенностью, что рекуператоры теплоты в летний период года могут быть запущены в режиме охлаждения (рис. 2).
Рис. 2. Общий вид системы поддержания микроклимата с рекуперацией теплоты в свинарнике внутри помещения: 1,2 - рекуператоры УТ-6000С (общеобменной вентиляции); 3 - рекуператор УТ-3000 (для вытяжки воздуха из-под щелевого пространства)
В качестве контроля использовали сектор №5, в который 07.04.14 г. были поставлены свиньи (241 голова) средним весом 30,5 кг по 20 гол. в станке. Система поддержания микроклимата в этом секторе установлена по проекту канадской компании «FGC LIMITED» c использованием канадского оборудования компании «Ag-Co products limited». В фасадной стене установлено четыре вытяжных вентилятора (один осуществляет вытяжку из навозного канала), приток воздуха осуществляется через приточные клапаны, расположенные в потолке и распределенные по помещению из расчета один клапан на один бокс, всего 12 шт. Система автоматики осуществляет регулирование по показателям датчика температуры.
Ход исследования. Целью проводимых испытаний была оценка эффективности системы поддержания микроклимата с использованием рекуперации теплоты.
В качестве критериев эффективности были определены:
- обеспечение оптимального микроклимата в части температуры, относительной влажности, концентрации углекислого газа и аммиака равномерно по всему помещению;
- оценка эффективности охлаждения приточного воздуха в летний период года;
- энергетическая эффективность системы (расход природного газа).
Для получения максимально достоверных результатов по вышеописанным критериям было проведена оценка опытного сектора №7 с системой рекуперации теплоты и контрольного сектора №5 без рекуперации теплоты с равновозрастными животными при одинаковых условиях содержания и кормления.
В течение контрольного периода температура наружного воздуха колебалась в пределах от -8°С до +31°С, замеры микроклимата проводились еженедельно, при этом система отопления и вентиляции с рекуперацией теплоты стабильно обеспечивала оптимальные параметры микроклимата равномерно по всей площади помещения.
Описание опытной системы. Разработанная система отопления и вентиляции работает следующим образом: в холодный период года предусмотрено функционирование в режиме равного давления. Приток-вытяжка воздуха - с механическим побуждением, осуществляется через рекуператоры теплоты. В переходный период рекуператоры выходят на 100% воздухопроизводительности, а по мере увеличения потребности в воздухообмене включаются стеновые вентиляторы. В помещении создается разрежение, под действием которого через приточные клапаны свежий воздух поступает в помещение (система переходит в режим работы под разрежением).
Регулирование воздухообмена осуществляется по показаниям датчика относительной влажности. Установлено, что относительная
влажность коррелирует с выделениями аммиака и углекислого газа; таким образом, поддерживая относительную влажность в пределах 55-60%, можно косвенно контролировать концентрацию вре; поддерживать ее в нормативных границах.
При росте относительной влажности воздуха в помещении плавно увеличивается воздухообмен до максимального значения. Если в процессе борьбы с высокой влажностью температура в помещении становится ниже заданного значения, включаются устройства обогрева. Если температура продолжает падать и достигает заданного минимально допускаемого значения, то процесс борьбы с высокой влажностью прекращается (температура имеет приоритетное значение), и вентиляция снижается до минимального уровня (зависит от массы и возраста животных).
Такое решение обеспечивает удаление излишков влаги, теплоты и вредных газов из помещения в течение всего года. Производительность вентиляторов и рекуператоров соответствует максимальному воздухообмену в летний период года. Регулирование подачи воздуха осуществляется автоматически за счет изменения частоты вращения вентиляторов и степени открытия заслонок приточных клапанов. В автоматическом режиме компьютер климат-контроля поддерживает заданные параметры воздуха в помещении
одновременно по температуре и относительной влажности. Также возможно регулирование микроклимата в ручном режиме.
Рис. 3. Схема размещения контрольных точек в секции откорма с рекуперацией теплоты
Сравнительная оценка микроклимата секторов. На момент получения данных (таблица 1) в компьютере климат-контроля были установлены следующие целевые параметры: температура 21°С и относительная влажность 60%, к которым система стремилась. Замеры проводились на высоте 600 мм от уровня пола в центре каждого бокса в соответствии с планом, указанным на рис. 3. Усредненные данные замеров, проведенных 24.03.2014, представлены в таблице 1. Приведенные данные свидетельствуют о том, что в секторе с системой рекуперации теплоты концентрация аммиака снизилась в 1,24, углекислого газа - в 1,75 раза. При этом на основе органолептических исследований установлено более равномерное распределение поступающего свежего воздуха, который создает комфортные условия как для животных, так и для обслуживающего персонала.
Таблица 1. Сравнительная оценка систем вентиляции
Контрольные точки Сектор с системой рекуперации теплоты Сектор без системы рекуперации теплоты
г,°С ф,% Жз С02 ф,% КН3 СО2
1 21,1 61,0 2,7 0,12 21,1 43,2 1,6 0,18
2 21,4 62,3 3,3 0,14 21,3 44,1 1,5 0,15
3 21,6 63,0 3,2 0,11 20,5 51,5 1,9 0,2
4 21,2 61,0 3,1 0,12 21,9 53,6 2,1 0,17
5 21,8 59,0 3,2 0,11 19,9 54,6 2,3 0,19
6 21,4 56,0 3,5 0,13 21,1 62,4 3,8 0,21
7 20,9 54,0 3,0 0,10 20,2 54,9 3,6 0,19
8 20,7 57,5 3,1 0,10 20,2 64,1 5,6 0,23
9 20,6 63,0 3,5 0,12 20,5 63,1 6,4 0,22
10 20,7 59,3 3,8 0,11 20,6 65,2 6,9 0,25
11 21,6 62,0 3,4 0,13 20,7 59,9 6,4 0,23
12 21,3 60,0 3,3 0,14 20,4 62,7 7,1 0,27
Среднее 21,2 59,8 3,3 0,12 20,7 56,6 4,1 0,21
Эффективность охлаждения. Оценка эффективности охлаждения приточного воздуха велась в наиболее жаркие дни экспериментального периода. Во время проведения испытаний температура окружающего воздуха составляла 30,4°С, относительная влажность воздуха была 31,2%.
Таблица 2. Результаты испытаний системы
Параметры уличного воздуха: температура - 30,4°С; отн. влажность - 31,2%
Параметры воздуха помещения
Точки А °С А?,°С ф,%
1 29,40 1,80 37,1
2 29,50 1,70 34,4
3 28,80 2,40 34,3
4 28,70 2,50 37,2
5 28,40 2,80 39,2
6 28,60 2,60 38,8
7 27,30 3,90 44,3
8 27,40 3,80 46,2
9 25,30 5,90 45,6
10 24,90 6,30 44,8
11 25,50 5,70 43,9
12 25,30 5,90 42,5
Среднее 27,43 3,78 40,7
Из таблицы 2 видно, что максимальная степень охлаждения составила 6,3°С (в ближайших к рекуператору боксах), далее по мере удаления от рекуператора температура воздуха в помещении поднимается; такой эффект связан с тем, что доля охлажденного воздуха (из рекуператоров) в общей системе вентиляции составляет 49,2%. Как результат, охлажденный воздух смешивается с неохлажденным уличным воздухом из общеобменной вентиляции. Поэтому среднее снижение температуры воздуха в помещении составило 3,78°С.
Энергетическая эффективность. Для оценки энергетической эффективности оценивались температура вытяжного и приточного воздуха до и после теплообмена, что проиллюстрировано на рисунке 4. Далее мы определили коэффициент утилизации теплоты (КПД рекуператора), который показывает, какая доля теплоты вытяжного воздуха передается приточному. Расчеты и замеры вели в соответствии с СТО АИСТ 31.2-2007.
Рис. 4. Технологическая схема рекуператора теплоты
Расчет коэффициента утилизации теплоты (Е) проводили по формуле:
Е =
спр
X
щ
пр
ив
где 1н - температура наружного воздуха, °С; 1;пр - температура приточного воздуха на выходе из рекуператора, °С; 1выт - температура вытяжного воздуха, °С; - объем приточного воздуха из рекуператора, м3/ч; Wвыт - объем удаляемого через рекуператор воздуха, м3/ч.
Таблица 3. Результаты замеров для расчета коэффициента эффективности утилизации теплоты
1 °С 1 °С 1 °С 1выт? ^ WПD, м3/ч Wвыт, м /ч Е
-5 7,3 21,2 6058,9 5968,5 0,48
Для расчета подачи воздуха замеряли среднюю скорость потока в воздуховоде на выходе из вентилятора и умножали на площадь его сечения.
Для оценки экономии топливных ресурсов мы сравнили годовое потребление теплоты для сектора с рекуперацией теплоты №6 и контрольного №5, используя данные о продолжительности стоянии температур в исследуемом регионе. Полученные замеры и расчеты позволяют нам сделать следующие выводы об энергетической эффективности системы.
кВт ч 20000
15000
10000
Экономия 81,4% V\
xyyyv^
-25
-20
-15
-10
-5
10
15 °С
Выводы:
1. Установленная система обеспечивает оптимальные параметры микроклимата равномерно по всей площади помещения.
2. В жаркий период года при температуре окружающего 30,4°С и относительной влажности наружного воздуха 31,2%, температура приточного воздуха составила 24,9°С при относительной влажности 44,8%, что соответствует снижению температуры приточого воздуха на 6,3°С. Из-за смешивания охлажденного воздуха из рекуператоров с неохлажденным воздухом из общеобменной вентиляции среднее снижение температуры воздуха в помещении составило 3,78°С.
3. Расчетная годовая экономия газа составила 81,4%.
Литература:
1. Методика испытаний по микроклимату: СТО АИСТ 31.2-2007.
2. Ильин И.В., Игнаткин И.Ю., Курячий М.Г. Ресурсосберегающая система отопления и вентиляции // Эффективное животноводство. 2011. №9. С. 42-44.
3. Методические рекомендации по технологическому проектированию свиноводческих ферм и комплексов: РД-АПК 1.10.02.04-12. М., 2012.
4. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99
5. Строительная климатология. Справочное пособие к СНиП 23-01-99*.
Literatura:
1. Metodika ispytanij po mikroklimatu: STO AIST 31.22007.
2. Il'in I.V., Ignatkin I.Y., Kuryachij M.G. Resurso-sberegayushchaya sistema otopleniya i ventilyacii // EHffektivnoe zhivotnovodstvo. 2011. №9. S. 42-44.
3. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu svinovodcheskih ferm i kompleksov: RD-APK 1.10.02.04-12. M., 2012.
4. Stroitel'naya klimatologiya. Aktualizirovannaya redakciya SNiP 23-01-99
5. Stroitel'naya klimatologiya. Spravochnoe posobie k SNiP 23-01-99*.
THE EFFICIENCY OF UT-6000 C, UT-3000 HEAT RECUPERATS' CLIMATE CONTROL SECTION APPLICATION OF 300 PIGS FAT COMPLEX "FIRM MORTADEL" ANALYSIS
I.Y. Ignatkin, Ph.D., Associate Professor RGAU-MSHA them. K.A. Timiryazeva
Abstract. This article presents the results of the heat recuperats' UT-S, UT-3000 in the climate system of the 300 heads' pigs-feeding complex "Mortadel Firm ". The analysis of the microclimate maintenance system's effectiveness and heat recuperats' using in the sphere of energy efficiency of this system, determinating of the efficiency of heat utilizing coefficient, of natural gas consumption, optimal microclimate (temperature, relative humidity, carbon dioxide and ammonia concentration) evenly throughout the room, efficiency waterevaporating of cooling supply air in the summer analysis is applied. According the tests' results, the following conclusions of their generalizations and analysis is done: the installed system provides an optimal microclimate parameters uniformly over the entire room area. In the hot season when the ambient air temperature is about 30,4°C and a relative humidity of outside air as to 31.2%, the supply air temperature was 24.9°C at a relative humidity 44,8%, that corresponds to decrease of the supply air temperature in 6,3°C. Due to the cooled air from the recuperators and non-cooled air from the general ventilation mixing the average temperature of the air in the room reduces in the middle on 3,78°C. In the period of system heat recuperatory test the heat utilizing efficiency coefficient ranged from 0,4 to 0,5. Estimated annual gas savings assumed 81,4%. Keywords: ventilation, pig breeding, recuperatory, cooling, heat exchange, microclimate.
